Infrarot-Emitter-LED 850nm SMD Datenblatt - Spitzenwellenlänge 850nm - Durchlassspannung 1,4V - Strahlungsstärke 20mW/sr - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen für ein diskretes Infrarot-Emitter-Bauteil, das für die Oberflächenmontagetechnik (SMT) konzipiert ist. Das Bauteil ist eine 850nm Infrarot-Emissionsdiode (IRED) auf Basis eines AlGaAs-Materialsystems, gekapselt in einem standardisierten EIA-Gehäuse mit einer schwarzen Linsenhaube für eine kontrollierte Lichtverteilung. Es ist für zuverlässige Leistung in automatisierten Fertigungsumgebungen ausgelegt.

Die Kernfunktion dieses Bauteils ist die effiziente Umwandlung von elektrischem Strom in Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern. Diese Wellenlänge wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen sichtbare Lichtemission unerwünscht ist oder Kompatibilität mit siliziumbasierten Fotodetektoren (die eine hohe Empfindlichkeit bei etwa 850-940nm aufweisen) erforderlich ist. Das Produkt entspricht den RoHS-Richtlinien und ist als grünes Produkt klassifiziert.

1.1 Hauptmerkmale und Anwendungen

Der Infrarot-Emitter zeichnet sich durch mehrere Hauptmerkmale aus, die ihn für die moderne Elektronikfertigung geeignet machen:

• Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen, essentiell für die Leiterplattenbestückung in hohen Stückzahlen.
• Verpackt auf 8mm breitem Trägerband auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Spulen für die Verwendung mit automatischen Bestückungsgeräten.
• Top-View-Design mit schwarzer Linsenhaube, das einen typischen Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 20 Grad für gerichtete Emission bietet.
• Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) ist mit 850nm spezifiziert.

Primäre Anwendungsbereiche:Das Bauteil ist primär für den Einsatz als Infrarot-Sender in Systemen vorgesehen, die nicht-sichtbare Lichtkommunikation oder -erfassung benötigen. Typische Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Fernbedienungen für Unterhaltungselektronik, Kurzstrecken-Infrarot-Datenübertragungsstrecken und leiterplattenmontierte Infrarot-Sensorsysteme wie Annäherungssensoren oder Lichtschranken.

2. Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C.

• Verlustleistung (PD):100 mW
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):800 mA (unter gepulsten Bedingungen: 300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite)
• DC-Durchlassstrom (IF):60 mA
• Sperrspannung (VR):5 V
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C
• Infrarot-Reflow-Lötung:Eine maximale Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden ist zulässig.

Diese Grenzwerte definieren die Betriebsgrenzen für eine zuverlässige Lebensdauer des Bauteils. Das Überschreiten des DC-Durchlassstroms oder der Verlustleistung erzeugt übermäßige Wärme, was möglicherweise zu einem beschleunigten Abbau des Halbleiterübergangs führt. Der Sperrspannungsgrenzwert ist entscheidend, um die LED vor elektrostatischer Entladung (ESD) oder falscher Polung im Schaltkreis zu schützen.

3. Elektrische und optische Kenngrößen

Die folgenden Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur von 25°C unter den angegebenen Testbedingungen garantiert. Diese Werte repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsstärke (I_E):20 mW/sr (typisch) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Die Messtoleranz beträgt ±15%.
• Spitzenemissionswellenlänge (λ_Peak):850 nm (typisch) bei I_F= 20mA.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (typisch) bei I_F= 20mA. Dies gibt die spektrale Bandbreite an, bei der die Strahlungsstärke mindestens die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt.
• Durchlassspannung (V_F):1,4 V (typisch), maximal 1,7 V bei I_F= 20mA.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (maximal) bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):20 Grad (typisch). θ_1/2ist definiert als der Winkel von der optischen Achse (0 Grad), bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse abfällt.

Die Durchlassspannung ist ein entscheidender Parameter für den Schaltungsentwurf, da sie den Spannungsabfall über der LED bestimmt und für die Berechnung des Vorwiderstandswertes notwendig ist. Der 20-Grad-Abstrahlwinkel bedeutet einen relativ schmalen Strahl, was für Anwendungen vorteilhaft ist, die eine gerichtete Beleuchtung über einen bestimmten Bereich oder eine bestimmte Entfernung erfordern.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Das Verständnis dieser Kurven ist für einen robusten Systementwurf entscheidend.

4.1 Spektrale Verteilung

Die Kurve der spektralen Verteilung zeigt die relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Bei diesem 850nm-Emitter ist die Ausgabe um 850nm zentriert mit einer typischen Halbwertsbreite von 50nm. Diese Eigenschaft ist wichtig, um den Sender auf die spektrale Empfindlichkeit des empfangenden Fotodetektors (z.B. Silizium-PIN-Fotodiode oder Fototransistor) abzustimmen und so das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren.

4.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Entlastungskurve zeigt, wie der maximal zulässige DC-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei der maximalen Betriebstemperatur von +85°C ist der zulässige Dauerstrom deutlich niedriger als der Grenzwert von 60mA bei 25°C. Entwickler müssen diese Kurve nutzen, um sicherzustellen, dass die LED in Hochtemperaturumgebungen nicht überlastet wird.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der angelegten Durchlassspannung und dem resultierenden Strom durch die LED. Die typische Durchlassspannung von 1,4V bei 20mA ist auf dieser Kurve dargestellt. Der exponentielle Verlauf der Kurve verdeutlicht, warum LEDs von einer Stromquelle oder mit einem Reihen-Vorwiderstand betrieben werden müssen, da eine kleine Änderung der Spannung eine große Änderung des Stroms verursachen kann.

4.4 Relative Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe (Strahlungsstärke) in ihrem normalen Arbeitsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom ist. Sie ist aufgrund von Erwärmung und anderen Effizienzfaktoren nicht perfekt linear, bestätigt aber, dass die Steuerung des Stroms die primäre Methode zur Steuerung der Lichtausgabe ist.

4.5 Relative Strahlungsstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Ausgangsleistung einer LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve quantifiziert diesen Zusammenhang und zeigt, wie die relative Strahlungsstärke mit steigender Umgebungstemperatur abfällt, selbst wenn der Treiberstrom konstant gehalten wird. Diese thermische Entlastung muss in Anwendungen berücksichtigt werden, die eine stabile Ausgabe über einen weiten Temperaturbereich erfordern.

4.6 Abstrahlcharakteristik (Polardiagramm)

Das Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel grafisch dar. Die normierte Intensität wird über den Winkel von der Mittelachse aufgetragen. Das Diagramm für dieses Bauteil bestätigt den 20-Grad-Halbwinkel und zeigt ein Strahlprofil, das in der Mitte am stärksten ist und symmetrisch abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil entspricht einem standardisierten EIA-Oberflächenmontagegehäuse. Wichtige Abmessungen umfassen die Gehäusegröße, den Anschlussabstand und die Gesamthöhe. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben mit einer typischen Toleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse besteht aus schwarzem Epoxidharz mit einer Linsenhaube.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für das Leiterplattendesign wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Die Abmessungen für die Hauptpad-Bereiche betragen 1,8mm Länge und 1,0mm Breite, mit einem Abstand von 1,0mm dazwischen. Es wird empfohlen, eine Metallschablone für den Lotpastenauftrag mit einer Dicke von 0,1mm (4 mils) oder 0,12mm (5 mils) zu verwenden.

5.3 Verpackungsabmessungen für Band und Spule

Die Bauteile werden auf geprägten Trägerbändern auf Spulen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser geliefert. Die Bandbreite beträgt 8mm. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994 Spezifikationen. Das Band ist mit einem Deckband versiegelt, und die maximal erlaubte Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile auf einer Spule beträgt zwei.

6. Montage, Handhabung und Anwendungsrichtlinien

6.1 Lötung und Reflow-Profil

Das Bauteil ist mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel, dem Standard für die SMT-Montage. Ein JEDEC-konformes Reflow-Profil für bleifreies Lot wird empfohlen. Wichtige Parameter dieses Profils sind: eine Vorwärmphase bei 150-200°C für bis zu 120 Sekunden, gefolgt von einem Temperaturanstieg auf ein Maximum von 260°C. Die Zeit über 245°C sollte kontrolliert werden, und die Gesamtzeit bei der Spitzentemperatur von 260°C darf 10 Sekunden nicht überschreiten. Es ist entscheidend, den Empfehlungen des Lotpastenherstellers zu folgen und eine platinenbezogene Charakterisierung durchzuführen, da das ideale Profil je nach spezifischer Leiterplattenbestückung variieren kann.

Für manuelle Nacharbeit mit einem Lötkolben sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Wenn die originale feuchtigkeitsdichte Sperrbeutel (mit Trockenmittel) versiegelt ist, sollten die Bauteile bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger gelagert werden. Die Haltbarkeit unter diesen Bedingungen beträgt ein Jahr. Sobald die Sperrbeutel geöffnet ist, sind die Bauteile der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung (mehr als eine Woche) wird dringend empfohlen, sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator zu lagern. Wenn Bauteile länger als eine Woche Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, ist vor der Reflow-Lötung ein Trocknungsprozess (ca. 60°C für mindestens 20 Stunden) erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) verwendet werden. Aggressive chemische Reiniger können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.4 Treiberschaltungsentwurf

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine konsistente Lichtausgabe zu gewährleisten und Schäden zu vermeiden, muss sie von einer geregelten Stromquelle betrieben werden. Die einfachste und gebräuchlichste Methode ist die Verwendung eines Reihen-Vorwiderstands. Der Widerstandswert (R_series) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_series= (V_supply- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_Fist. Wenn mehrere LEDs parallel geschaltet werden, wird dringend empfohlen, für jede LED einen separaten Vorwiderstand zu verwenden (wie in \"Schaltung A\" im Originaldokument gezeigt), um eine ungleiche Stromverteilung zu verhindern und eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, da die Durchlassspannung von Bauteil zu Bauteil leicht variieren kann.

6.5 Anwendungsüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen

Dieses Produkt ist für den Einsatz in Standard-Elektronikgeräten für kommerzielle und industrielle Anwendungen konzipiert, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizinsysteme, kritische Sicherheitseinrichtungen), sind eine spezifische Qualifizierung und Konsultation mit dem Bauteilhersteller vor der Integration unerlässlich. Entwickler sollten das Bauteil stets innerhalb seiner absoluten Maximalwerte und empfohlenen Betriebsbedingungen betreiben und dabei die ungünstigsten Umgebungsbedingungen für ihre Anwendung berücksichtigen.